[发明专利]一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法

说明书

本发明公开了一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，包括：按照预设采样间隔采集模拟光电信号，并进行预处理，得到离散多普勒信号序列；将离散多普勒信号序列依次分解为较短的子序列；构造DFT迭代过程的三项变量因子矩阵；三项变量因子矩阵为：输入序列矩阵、系数旋转因子矩阵和DFT旋转因子矩阵；基于三项变量因子矩阵对子序列进行DFT的逐层迭代计算，得到多普勒信号序列幅值频谱及其最大值，并求出频谱最大值的主频序号；根据频谱最大值的主频序号依次计算多普勒频率和最终流体速度。本发明可以有效化简复数运算，提高运算效率与实时性，有利于实现现场在线测量。

技术领域

本发明涉及流体速度测量技术领域，更具体的说是涉及一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法。

背景技术

激光多普勒测速技术是利用激光器且基于光的多普勒效应测量并计算流体(固体)速度的一种技术，具有非接触测量、准确度高、空间分辨率高和动态响应快等独特优势，基于该技术设计的激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimetry,LDV)广泛应用于微粒测速、能源环保、临床医疗、生物医药、深潜勘探、卫星导航、工业生产等领域。

LDV主要由激光器、入射光学单元(分光系统)、收集光学单元(光接收系统)、多普勒信号处理系统、数据处理系统组成。其中多普勒信号处理系统负责对光接收系统收集的光电流信号进行预处理，提取多普勒信号后送至数据处理系统解算多普勒频率，最终计算得到速度。数据处理的过程通常由计算机完成，数据处理算法是LDV解算多普勒频率的关键。传统的数据处理算法有离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)、基-2快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)与混合基FFT的快速算法。这3种算法在LDV测速应用上都有各自的缺陷：DFT将时域离散信号转为频域离散表示，计算时包含大量复数运算，在LDV实际测量过程中，大量复数运算会导致多普勒信号解算时间较长、测量实际速度产生一定的滞后，使现场测量的效率与实时性无法满足要求；基-2FFT只能接收点数为2幂次的序列，造成了LDV测量时多普勒信号序列点数的局限性，无法满足解算任意点数信号序列的普适要求；混合基FFT的快速算法是混合基FFT的简化算法，在处理实际信号序列时仅将序列点数分解为两项乘积，虽然相比于DFT在一定程度上提高了效率，但在序列点数较长以及序列点数为质数时运算效率与实时性仍旧不满足LDV现场测量的要求。

因此，如何提供一种能够有效化简复数运算，提高运算效率与实时性，有利于实现现场在线测量的测速方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，可以有效化简复数运算，提高运算效率与实时性，有利于实现现场在线测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法，包括：

按照预设采样间隔采集模拟光电信号，并进行预处理，得到离散多普勒信号序列；

将所述离散多普勒信号序列依次分解为较短的子序列；

构造DFT迭代过程的三项变量因子矩阵；所述三项变量因子矩阵为：输入序列矩阵、系数旋转因子矩阵和DFT旋转因子矩阵；

基于所述三项变量因子矩阵对所述子序列进行DFT的逐层迭代计算，得到多普勒信号序列幅值频谱及其最大值，并求出频谱最大值的主频序号；

根据所述频谱最大值的主频序号依次计算多普勒频率和最终流体速度。

优选的，在上述一种基于混合基FFT的激光多普勒测速仪测速方法中，第m层DFT的表达式为：